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Transportmodellierung

Transportmodellierung

© iStockphoto.com/ Trout55In Langzeitsicherheitsanalysen für Endlager für radioaktive Abfälle in tiefen geologischen Formationen wird für relevante Szenarien die Belastung der Umwelt infolge einer potenziellen Freisetzung von Schadstoffen abgeschätzt. Bei der Ausbreitung der Schadstoffe vom Endlager bis zum Menschen werden dazu drei voneinander unabhängige Teilbereiche betrachtet: das Nahfeld, die Geosphäre und die Biosphäre.

Um den Transport von Schadstoffen durch die Geosphäre zu modellieren, ist die Kenntnis des Grundwasserströmungsfeldes Voraussetzung. Für eine zwei- oder dreidimensionale Simulation des Strömungsfeldes wurde der Computercode d3f (distributed density-driven flow) und für die Schadstofftransportmodellierung das Rechenprogramm r3t (radionuclides, reaction, retardation, and transport) entwickelt. Bei d3f können insbesondere dichteabhängige Strömungen modelliert werden, wobei die Dichteabhängigkeit durch Salzeintrag verursacht ist. r3t berücksichtigt den radioaktiven Zerfall (auch für Zerfallsreihen), lineare und nicht-lineare Adsorption (im Equilibrium oder gesteuert durch Kinetik) und Ausfällung. Außerdem ist es möglich, sowohl Adsorption als auch Ausfällung in Abhängigkeit von anderen mittransportierten Stoffen zu modellieren.

Störfallszenario mit Lösungszutritt in ein Endlager im Steinsalz (Quelle: GRS)

d3f und r3t wurden für die Modellierung hydrogeologisch komplexer Gebiete über lange Zeiträume entwickelt. Die Programme basieren auf der Software-Toolbox UG (Unstructured Grids), die am weitesten entwickelte numerische Algorithmen enthält. Die Diskretisierung wird mit Hilfe der Finite-Volumen-Methode durchgeführt. Das Gitter und die Zeitschrittweiten können adaptiv verfeinert und vergröbert werden. Dieses wird durch a-posteriori Fehlerschätzer gesteuert. Hierdurch werden sowohl d3f als auch r3t optimal an die Strömungs- und Transportprozesse angepasst, um die Anzahl der Unbekannten speziell für große Modellgebiete zu reduzieren. Lineare Mehrgitter-Verfahren finden als Löser ihre Anwendung. Die Programme können sowohl auf PCs, PC-Clustern und massiv-parallelen Rechnern eingesetzt werden.

Bildquelle: © iStockphoto.com/ Trout55